Was ist Strom? Elektronen bewegen sich durch ein Kupferkabel

Was ist Strom? – Elektrischer Strom, ein leicht verständlicher Erklärungsversuch

Eigenschaften, Funktionalität und Konsequenzen einer bahnbrechenden Entdeckung – elektrischer Strom

Was ist Strom, was ist Elektrizität und welche Bedeutung hat diese für die Existenz der Menschheit? Kaum eine andere Entwicklung hat unsere Welt so revolutioniert, das heutige Erscheinungsbild der Selbigen so geprägt und wirkt sich so bestimmend auf unseren Alltag aus.

Mit Elektrizität versorgte Steckdose
Wundersame Kraft aus der Steckdose, welche die Welt regiert

Aber auch kaum etwas anderes so Gebräuchliches wie der elektrische Strom bleibt der Vorstellungskraft und dem Verständnis des menschlichen Geistes so verschlossen.

Wir alle benutzen jeden Tag diese mysteriöse Kraft, sind geradezu auf sie angewiesen. Für viele Menschen ist der Verzicht auf Elektrizität unvorstellbar.

Und tatsächlich würde ein plötzliches Verschwinden dieser standardisierten Art der zu Verfügung Stellung von Energie für die Allgemeinheit nicht nur eine unbeschreibliche und für die heutige Generation kaum zu bewältigende Entbehrung darstellen, sondern auch mit massiven wirtschaftlichen Einbußen und einer Gefährdung sowohl des Allgemeinwohls wie auch der individuellen Unversehrtheit einhergehen. Also was genau ist eigentlich diese mysteriöse Kraft, von der wir alle abhängig sind und die das Bild unserer Realität wie kaum eine andere Sache bestimmt? Was ist elektrischer Strom?

Elektrischer Strom als Grundlage der Funktionalität unser heutigen Welt

Die Erfindung des Stroms bzw. genauer ausgedrückt die Entdeckung des elektrischen Stroms hat wie kaum eine andere Entdeckung den Fortschritt der menschlichen Zivilisation  vorantgetrieben.

Ohne Elektrizität würden wir noch immer bei Kerzenlicht vor dem heimischen Kohle- oder Holzofen sitzen. Radios und Fernseher wären dem Menschen vollkommen unbekannt, ihre Existenz würde nicht mal in den fantasievollsten Träumen vorkommen. Begriffe wie digitale Daten- oder Informationsverarbeitung wären obsolet, denn es gäbe keine Computer. Auch könnten Sie diesen Artikel nicht lesen, noch würde es den Selbigen überhaupt geben.

Die Menschen müssten ihre Lebensmittel jeden Tag frisch besorgen, denn einen Schrank, welcher die Speisen und Getränke kühlt, würde wie ein von der tiefsten, schwarzen Magie besessener Gegenstand wirken.

Und auch die Medizin würde noch weitesgehend in den Kinderschuhen stecken. Kein EKG, EEG, CT, MRT, keine Laboranalysen von Blut, Nervenwasser, Urin, Kot oder Gewebsproben. Wilhelm Conrad Röntgen hätte nie herausgefunden wie man Röntgenstrahlung produziert um mit ihr Bilder vom Körperinneren einer Person zu machen.

Kurz um, das gesamte moderne Zeitalter wäre ohne Strom nicht realisierbar und deswegen ohne die Entdeckung der Elektrizität nicht existent.  Nun haben wir kurz darüber gesprochen wie wichtig Strom für unseren heutigen Lebensstandard ist. Worauf die Kraft der Elektrizität allerdings beruht haben wir noch nicht geklärt. Die Frage ist nun: Was ist Strom und wie funktioniert er verständlich und möglichst einfach erklärt?

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Was ist Strom – einfacher Erklärungsansatz

Ganz allgemein ist Strom die gerichtete Bewegung von freien Ladungsträgern durch ein dafür geeignetes Medium. Etwas detaillierter dargestellt ist elektrischer Strom der gerichtete Fluss geladener Teilchen, im Fall des Haushaltsstrom sind dieses negativ geladene Elektronen, in einem elektrischen Feld durch einen Leiter hindurch.

Der Leiter kann dabei ein beliebiges Medium sein, dass ausreichend freie Elektronen besitz, welche bei Anlegung einer Spannung im entstehenden elektrischen Feld beginnen können gerichtet zu fließen. Als Medium können dafür unter anderem ein Kabel, ein beliebiges Metall, ionisiertes Gas oder mit einem Salz versetzes Wasser dienen.

Wichtig zu wissen ist, dass auch schon bevor eine Spannung angelegt wird sich überall im jeweiligen Medium freie Elektronen befinden, die sich allerdings ungerichtet bewegen, so das es in der Summe zu keinem Stromfluss kommt. Sobald jedoch eine Energiequelle Spannung liefert und damit ein elektrisches Feld im Leiter induziert, kriechen die Elektronen auf den Pluspol der verwendeten Energiequelle zu.

Und die freien Elektronen kriechen tatsächlich im eigentlichen Sinne des Wortes. Denn entgegen der Erwartung der meisten Menschen bewegen sie sich lediglich Millimeterbruchteile pro Sekunde. Wie schnell bzw. langsam sie dabei genau sind, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Der Stärke des fließenden Stroms I (Einheit Ampere [A] gleichbedeutend mit Coulomb pro Sekunde 1 A = 1 C/s), von der Dichte der freien Elektronen im verwendeten Medium (Anzahl freier Elektrone pro m³ des Mediums), der Querschnittsfläche des Leiters (in m²) und der Elementarladung (e) der jeweiligen freien Ladungsträger ( hier Elektronen:  1 Elektron hat eine Elementarladung von 1 e = 1,6021766208 * 10 -19 C ).

Das war schon recht kompliziert. Deshalb eine kleine Zusammenfassung dessen, was wir bisher zu der Frage „Was ist Strom?“ erfahren haben.

Strom ist die gerichtete Bewegung von freien Ladungsträgern, im Haushaltsstrom von freien Elektronen, innerhalb eines elektrischen Felds in einem Leiter (z.B. Kupferkabel). Entgegen der Erwartung bewegen sich dabei die Elektronen nur sehr langsam.

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Wieso kommt es zur Bewegung freier Ladungsträger

Wie die Bezeichnung Strom bereits vermuten lässt, strömen die besagten Elektronen vom negativ geladenen Minuspol (Katode) einer beliebigen Energiequelle in Richtungs des Pluspols (Anode) derselben Energiequelle. Selbstverständlich nur bei geschlossenem Stromkreis.

Zur Bewegung der Elektronen kommt es, da an der Katode der Enegiequelle ein Überschuss an Elektronen vorherrscht, welche in den Stromkreis hinein drängen. Man kann demnach von einer Art Elektronendruck sprechen, welcher nachfolgende Teilchen in Bewegung setzt. Noch präziser ausgedrückt erhöhen die von dem negativen Pol der Energiequelle abgegebene Elektronen die Elektronendichte im folgenden Teil des Leiters. Dadurch steigt der Elektronendruck an dieser Stelle und somit auch die Kraft die auf nachfolgende Teilchen ausgeübt wird. Diese können dem entstehenden Druck nur ausweichen in dem sie Richtung Pluspol hinfort fließen. Zur Veranschaulichung:

Was ist Strom? Darstellung des Elektronenfluss in einem Leiter.

Dabei gilt je höher die Spannung (Formelzeichen U; Einheit V [Volt]) der Energiequelle und umso niedriger der Widerstand (Formelzeichen R; Einheit Ω [Ohm]) des Leiters ist, desto höher ist die fließende Stromstärke (Formelzeichen I; Einheit A [Ampere]) im Leiter.

Und wie wir bereits im vorherigen Abschnitt gelernt haben, fließen die Elektronen umso schneller durch den jeweiligen Leiter, je höher die zugrundeliegende Stromstärke ist.

Bei einem Ampere beispielsweise durchqueren 6,24151·1018 Elektronen pro Sekunde den Leiterquerschnitt. Und zwar an jeder beliebigen Stelle des Leiters. Das ist eine unvorstellbar große Zahl an Teilchen, nämlich etwa 6 Trillionen Elektronen. Zum Vergleich: Die Weltbevölkerung beträgt zur Zeit ungefähr 7,47 Milliarden Menschen. Ganz grob sind das um den Faktor 1 Milliarde weniger Personen als Elektronen den Leiterquerschnitt bei einer Stromstärke von 1 Ampere durchqueren.

In der Physik sagt man, dass pro einem Ampere ein Coulomb pro Sekunde (C/s) den Leiterquerschnitt passieren. 1 Coulumb entspricht somit der elektrischen Ladung von eben genau 6,24151·1018 Elektronen.

Diese Elektronen bewegen sich in Richtung des Pluspols. Hier besteht ein Defizit an Elektronen, welches die zuströmenden Elektronen auszugleichen versuchen.

Das sind bisher schon ziemlich viele Informationen. Deswegen möchte ich es dabei belassen. Ich denke man kann durch diese Beschreibung eine einigermaßen verständliche und zutreffende Vorstellung des Phänomens Strom bekommen. Abschließend noch einmal eine kurze Zusammenfassung des Ergebnisses zur Frage „Was ist Strom?“

Strom ist der Transport einer großen Anzahl Ladungsträger innerhalb eines Leiters vom negativen zum positiven Pol der Energiequelle hin gerichtet. Dieser Transport findet aufgrund eines Elektronendrucks statt, der auf der ungleichmäßigen Verteilung von freien Elektronen im Leiter basiert. Diese ungleichmäßige Verteilung wiederum entsteht durch den Zufluss von Elektronen auf der dem negativen Pol zugewandten Seite des Leiters.

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